氙

稀有气体元素

氙（xenon），化学符号Xe，原子序数54，是一种稀有气体，元素周期表中的0族元素之一。无色、无臭、无味，化学性质极不活泼。存在于空气中（每100L空气中约含氙0.0087mL），也存在于温泉的气体中。从液态空气中与氪一起被分离得到。

研究简史

氙于1898年7月由拉姆齐（William Ramsay）和特拉维斯（Morris W.Travers）在伦敦大学学院发现。在此之前，他们从液态空气中提取了氖，氩和氪，并且疑惑它是否包含其它气体。工业家Ludwig Mond给了他们一台新的液态空气机，他们用它提取了更多的稀有气体氪。经过多次蒸馏，他们终于分离出了一种更重的气体，在真空管中它发出漂亮的蓝色光芒。他们意识到它是气体元素“惰性”组的又一个成员，因为其在化学上是惰性的。他选择“ξένος(xenos)”这个希腊文命名氙，意为“陌生的”。

在“惰性气体”中，氙的化合物（含有化学键的）是最先被发现的。巴特列（Neil Bartlett）于1962年将PtF6蒸汽与Xe混合，得到了橙黄色的六氟合铂酸氙XePtF6晶体，打破了化学界中持续60年之久的“稀有气体对化学反应完全惰性”的神话。21世纪，超过100种氙的化合物已经被制造出来。

物理性质

氙在常温常压下为无色无臭无毒的惰性气体，在放电管中为蓝色至绿色的气体。

原子半径：4.05Å；

共价半径：209pm；1.31Å；

沸点：-108.10℃（101.325kPa）；

三相点：16.130K；

气体密度：5.89kg/m3（273.15K，101.325kPa）；

液体密度：3057kg/m3（-108.10℃，101.325kPa）；

气液体积比：518.9；

介电常数：1.001238（298K，101.325kPa）；

磁化率：-43×10-1cgs·mol-1（298K，101.325kPa）；

折射率：1.000702（g,273K，101.325kPa，5893A）；

比容：0.180m3·kg-1（294.3K，101.325kPa）；

临界温度：289.74K；

临界压力：5764kPa；

临界密度：1100.0kg·m-3；

熔化热：17.49kJ·kg-1（161.4K，81.6kPa）；

气化热：96.30KJ·kg-1（165.1K，101.325kPa）；

比热容：cp=160.03J/(kg·K)（g,298K，101.325kPa）；cV=96.41J/(kg·K)（g，298K，101.325kPa）；

比热比：cp/cV=1.67（g，298K，101.325kPa）；

蒸气压：2634kPa（253K）；4175kPa（273K）；5147kPa（283K）；

粘度：0.02110mPa·S（g，273K，101.325kPa）；0.528mPa·S（l，289.74K）；

表面张力：18.7mN·m-1（163K）；

导热系数：0.005192W·m-1·K-1（273K，101.325kPa）；165.014kh，0.07322W·m-1·K-1；

化学性质

结构

电子排布：[Kr] 4d10 5s2 5p6

电负性：2.60（鲍林标度）；

化学键能：Xe－O：84kJ ·mol-1；

氧化态：Xe(0)，Xe(II)，Xe(IV)，Xe(VI)，Xe(VIII)；

晶体结构：面心立方晶胞；a = 620.23 pm；

电离能（kJ/mol）：I1：1170.4；I2：2046；I3：3097；I4：4300；

I5：5500；I6：6600；I7：9300；I8：10600；I9：19800；I10：23000。

氙的电子构型非常稳定，且它的电离能相对较大，因此在化学上显惰性，只与强的氧化剂反应。

氟化氙

氙气与氟气直接混合，可以得到无色的二氟化氙XeF2，四氟化氙XeF4与六氟化氙XeF6晶体，氙与氟的比例不同，得到的主产物不同：

Xe : F2=2:1，1273K，1.03×105Pa或298K，紫外线光照：；

Xe : F2=1:5，873K，6.18×105Pa：；

Xe : F2=1:20，573K，6.18×105Pa：；

若使用镍、钴和钙的氟化物作为催化剂能显著提高上述反应速率，使用Ag2O或Ni2O3则可以在零度时引起氟和氙的爆炸反应。一些氟化物则对反应催化具有选择性，例如在Xe：F2=1:10，温度为120℃时，使用氟化镁作为催化剂，产物只有XeF2，若使用二氟化镍作为催化剂，产物则只有XeF6。

氙的三种氟化物在室温下都能稳定存在。

若将XeF2溶于水中，则与水缓慢反应，又得到氙气：

XeF4与水反应时，一半发生反应：

另一半则歧化为Xe(0)与Xe(VI)：

反应过程中有疑似XeOF2的黄色中间产物。

XeF6与水发生的是水解反应：

生成的四氟一氧化氙XeOF4则进一步与水反应，直到完全水解：

。

生成的三氧化氙XeO3可以溶解于水并稳定存在，不会进一步氧化水。碱性时，XeF6会歧化为不溶解的高氙酸盐与氙气。

氙的氟化物都是强的氧化剂与氟化剂，在工业生产上有实际用途，例如一些有机物的氟化，使用的就是XeF2。

含氧化合物

氙的氧化物有三氧化氙XeO3与四氧化氙XeO4，对应的酸根为氙酸氢根（HXeO4-）与高氙酸根（XeO64-）。

XeO3可用XeF4或XeF6与水反应制得，XeO3在酸性与中性溶液中稳定，在碱性溶液中以HXeO4-形式存在，并且不稳定，易分解或歧化。

XeO4可由高氙酸钡与硫酸复分解制得：

XeO4是一种稳定性差，易爆炸的黄色固体，氧化性很强。

除上边所述的XeF6歧化制法，高氙酸盐亦可通过XeO3的碱溶液与臭氧反应制得。

复合氟化物

在氙的化合物的发现史上，复合氟化物占有重要的地位。氙的第一个真正意义上的化合物正是复合氟化物氟铂酸氙（Xe+PtF6-），它是用Xe与强氧化剂PtF6混合产生的：。随着Xe与PtF6的用量的不同，氟铂酸氙的组成可以在Xe+：PtF6-=0.5:1之间变化。氟铂酸氙是一种发粘的橙黄色固体，在室温下稳定，遇水分解出氙，氧气，氟化氢和二氧化铂(IV)。其他一些金属的六氟化物也可以与氙反应生成形如XeMF6的化合物。

将氙、氟和固态PF5混合并辉光放电，可以生成不稳定的XePF6，同时氙、氟和玻璃仪器反应产生Xe2SiF6。将二氟化氙和一些金属的五氟化物反应也可以生成XeMF6型的化合物。

其它化合物

含有Xe-N键与Xe-C的化合物均被发现，典型代表是FXeN(SO2F)2与[Xe(C6F5)]·[C6F5BF3]。含有Xe-B键的化合物也已发现，例如O2BF4与氙反应可以得到FXeBF2。

氙还有氢醌包合物形式的化合物，其中氙被捕集至氢醌的晶格之中。

同位素

氙的同位素中，110Xe至147Xe均被实验室制得，其中能稳定存在的是124Xe，126Xe，128Xe ~ 132Xe，134Xe与136Xe，自然界中丰度最大的是132Xe。

制备方法

可以通过空分法从空分装置中提取氪、氙混合气，经精馏提取贫氪、清除碳氢化合物、二氧化碳、分离、精制，制得99.99%的纯氙。由合成氨尾气中提取氙，在尾气提氩工艺流程中，甲烷塔的液甲烷中含有的氪、氙再经精馏、洗涤、除氧、吸附、解吸后可制得95%氙。

应用领域

氙广泛用于电子、光电源工业，还用于气体激光器和等离子流中。用氙气充的灯泡与相同功率的充氩灯泡相比具有发光率高、体积小、寿命长、省电等优点。氙气灯有极高的发光强度，一盏六万瓦的氙灯的亮度，相当于九百只一百瓦的普通灯泡。由于氙具有几乎连续的光谱，因此可以在高压电弧放电作用下产生类似日光的明亮白光，这种长弧氙灯俗称“人造小太阳”，由于透雾能力特别强，可用作有雾导航灯。氙闪光灯的色彩好，用于拍摄彩色电影。

氙灯可以放出紫外线，医疗上对此有所应用。氙的同位素被用于测量脑血流量与研究肺功能、计算胰岛素分泌量等。

氙灯凹面聚光后可生成2500℃高温，可用于焊接或切割难熔金属，如钛、钼等。

氙还是一种没有副作用的深度麻醉剂，它能溶于细胞质的油脂中，引起细胞的膨胀和麻醉，从而使神经末梢的作用暂时停止。人们曾试用4/5的氙气和1/5的氧气组成混合气体，作为麻醉剂，效果很好。只是由于氙气很少，所以这种方法不能广泛应用。

由于可以吸收X射线，氙也被用作X射线的屏蔽。

此外，氙在原子核反应堆和高能物理方面也有很多用途。

计算化学数据

数据：

1.疏水参数计算参考值（XlogP）:无

2.氢键供体数量:0

3.氢键受体数量:0

4.可旋转化学键数量:0

5.互变异构体数量:无